Desolforazione biologica del biogas: dosaggio dell'aria, batteri e rischi

La desolforazione biologica rappresenta il primo stadio di purificazione del biogas più comunemente impiegato negli impianti di biogas agricoli: nello spazio gassoso del digestore (o in una torre separata) viene dosata una piccola quantità di aria, e i batteri ossidanti lo zolfo, adesi alle superfici, convertono l'H₂S in zolfo elementare e solfati. Il metodo è economico e semplice, consente solitamente di ridurre la concentrazione da alcune migliaia a decine-centinaia di ppm, ma presenta limitazioni: non garantisce un livello costantemente basso, introduce ossigeno e azoto nel gas e richiede controlli di sicurezza.

Come funziona

Batteri appartenenti a generi come Thiobacillus e affini utilizzano l'ossigeno per ossidare l'acido solfidrico. Reazioni semplificate:

• 2 H₂S + O₂ → 2 S + 2 H₂O (carenza di ossigeno: zolfo elementare),
• 2 S + 3 O₂ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄ (eccesso di ossigeno: acido solforico).

La biomassa batterica cresce sulle superfici dello spazio gassoso (membrana, pareti, riempimento dedicato), dove l'umidità è presente e dove arrivano H₂S e ossigeno. Le condizioni ottimali comprendono una temperatura di circa 30–40 °C (simile alla camera mesofila), umidità e presenza di nutrienti, forniti dal condensato della camera.

Dosaggio dell'aria — esempio

Ipotesi: portata di biogas 1.200 m³/h, H₂S 2.000 ppm (0,2% vol.). Portata di H₂S: 1.200 × 0,002 = 2,4 m³/h. Fabbisogno di ossigeno per lo zolfo elementare: 0,5 mol O₂ per 1 mol H₂S, ovvero 1,2 m³ O₂/h; l'aria contiene circa il 21% di O₂, quindi teoricamente circa 5,7 m³ di aria/h (0,48% della portata di gas). Per l'ossidazione a solfati sono necessari 2 mol O₂ per mol H₂S, cioè quattro volte di più. In pratica si utilizza un eccesso, poiché il contatto non è completo; la dose finale viene determinata tramite misurazione. Un eccesso troppo elevato aumenta il contenuto di ossigeno nel gas e il rischio di avvicinarsi a una miscela esplosiva, oltre a ridurre il contenuto di CH₄.

Efficacia e limitazioni

Controllo e sicurezza

1. Misurare l'ossigeno nel gas dopo la desolforazione (analizzatore O₂). Stabilire valori di preallarme e allarme.
2. Non dosare aria manualmente senza misurazione. Il controllore deve limitare o interrompere automaticamente il soffiatore in caso di O₂ elevato o bassa pressione del gas.
3. Proteggere dal riflusso di aria verso la condotta del gas (valvole di ritegno).
4. Proteggere dalla miscela esplosiva – il biogas con ossigeno ha un ampio intervallo di esplosività; il sistema deve essere descritto nella documentazione ATEX.
5. Controllare lo zolfo sulla membrana: il deposito riduce l'elasticità e può danneggiarla.

Problemi tipici

Combinazione con altri metodi

Si utilizza più comunemente un sistema in serie: dosaggio di ferro nella camera (riduzione del carico), desolforazione biologica (rimozione della maggior parte), seguito da un filtro a carbone attivo (protezione del motore e cattura dei residui). Questo approccio riduce i costi e aumenta l'affidabilità rispetto a un singolo metodo.

Cosa annotare nel registro

Dosaggio dell'aria, H₂S prima e dopo la desolforazione, O₂ e CH₄ nel gas, temperatura, eventi (cambi di miscela, guasti del soffiatore). Le conclusioni del registro consentono di impostare il dosaggio ottimale e pianificare la pulizia e la manutenzione.

Struttura: nel digestore o in una torre separata

Nella maggior parte degli impianti di biogas agricoli, la desolforazione avviene nello spazio gassoso sopra la sospensione, poiché la superficie del tetto e delle pareti funge da supporto naturale per i batteri e il condensato fornisce nutrienti. Lo svantaggio è che lo zolfo e l'acido agiscono direttamente sulla membrana e sul calcestruzzo sopra la camera. Un'alternativa è una torre separata con riempimento, in cui il gas, l'aria e il liquido di irrigazione vengono messi in contatto. La torre è più facile da manutenere e controllare, ma costa di più e richiede spazio aggiuntivo e una pompa di circolazione.

Suggerimenti pratici

• Distribuire l'aria in modo uniforme (più diffusori), non da un solo punto, per evitare zone con eccesso di ossigeno.
• Non dosare aria nella camera quando la pressione del gas è molto bassa – rischio di prevalenza di aria.
• Dopo la pulizia del tetto o la sostituzione della membrana, lasciare alcuni giorni ai batteri per ricostituire le colonie.
• In inverno, verificare che la temperatura nello spazio gassoso non scenda al punto da rallentare il processo.
• In caso di cambio della miscela con un contenuto elevato di zolfo, aumentare la frequenza delle misurazioni di H₂S.